CN106396483A - 水工混凝土高强保温材料 - Google Patents

水工混凝土高强保温材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水工混凝土高强保温材料，属于混凝土的保温领域。所要解决的技术问题是提供一种水工混凝土高强保温材料，该保温材料强度高、保温性能良好、粘结能力强。该保温材料按重量份计包括以下组分：胶凝材料40～70份，改性无机填料30～55份，纤维0～5份，其中，胶凝材料由胶凝材料A组分和胶凝材料B组分构成：胶凝材料A组分二异氰酸酯；胶凝材料B组分为聚丙二醇、催化剂和发泡组分的混合物。该保温材料不开裂、强度高、保温性能好、与基体粘结性能优良，是一种应用价值较高的水工大坝保温防护材料。

Description

水工混凝土高强保温材料
技术领域
本发明属于混凝土的保温领域，具体涉及一种水工混凝土高强保温材料。
背景技术
以水工混凝土构筑物为代表的大体积混凝土建筑会显著受到环境温度的影响，这样的影响表现在两个方面：浇筑初期环境温度变化容易导致裂纹的产生和扩展；运行期环境温度剧烈变化会显著影响混凝土构筑物内部的应力分布情况，尤其是现在混凝土薄壁拱坝筑坝技术的发展，大体积混凝土内部应力分布的剧烈变化，严重影响建筑物的质量和安全。目前常用的大坝保温措施大部分为表面粘贴EPS或XPS板材，局部喷涂发泡聚氨酯；喷涂聚氨酯保温性能良好，但是施工操作复杂，需要现场精确控制，EPS、XPS板材也具有良好的保温性能，然而其粘结能力比较差，经常出现大面积脱落的情况，其次，其强度较低，在大坝施工期或运行期遇有异物撞击，很容易破损导致进水，造成成片脱落和保温失效。
保温材料均主要由胶结材料和轻质细集料组成，为了达到较好的保温能力，引入的细集料或空气泡过多，导致保温材料普遍抗压强度较低。中国发明专利CN102010174A公开了一种保温砂浆，该保温砂浆以20-60％轻烧氧化镁、粉煤灰1～25％、调凝剂5～35％、增强增稠剂0～40％、硅藻土1～20％、膨胀骨料5～35％、聚苯乙烯泡沫0～5％、聚丙烯纤维0～0.2％、抗水外加剂0.5～8％、减水剂0～2％，导热系数为0.05～0.30W/(m·K)，然而强度只有0.43～0.85MPa左右。中国发明专利CN102875770A公开了一种改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料的制备方法，其组分为：聚醚多元醇30～50份、酚醛树脂3～5份、丙二醇1～3份、季戊四醇1～3份、玻璃纤维1～2份、陶瓷纤维1～2份、多异氰酸酯20～40份、泡沫稳定剂2～5份、发泡剂2～5份、硅烷偶联剂3～7份、硅酸钙4～7份、聚二甲基硅氧烷3～6份、二氟一氯乙烷3～4份、三聚催化剂1～2份、阻燃剂1～10份，其强度为0.32～0.44MPa。
以上专利说明：无论是有机还是无机体系，保温材料仍然存在以下问题：强度偏低，因强度差造成保温材料在使用过程中易损坏而失效；粘结能力较差，使用过程中易脱落。这些问题使得保温材料的推广和适用范围受到极大的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水工混凝土高强保温材料，该保温材料强度高、保温性能良好、粘结能力强。
本发明采用的技术方案是提供一种高强保温材料。该保温材料由下述组分制备得到；按重量份计，所述组分为胶凝材料40～70份，改性无机填料30～55份，纤维0～5份；
所述胶凝材料由胶凝材料A组分和胶凝材料B组分构成：所述胶凝材料A组分二异氰酸酯；所述胶凝材料B组分为聚丙二醇、催化剂和发泡组分的混合物；以重量比计，胶凝材料A组分/胶凝材料B组分＝0.9～1.36，胶凝材料B组分中聚丙二醇︰催化剂︰发泡组分＝30︰1︰1～5。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯中的至少一种。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，所述改性无机填料为改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性陶砂、改性硅藻土和改性膨胀珍珠岩中的至少一种。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，所述纤维为晶须、玻璃纤维、海泡石纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维中的至少一种。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，B组分中，所述发泡组份为蒸馏水或环戊烷。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，B组分中，所述催化剂为异辛酸钾或醋酸钾。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，所述改性无机填料是由改性剂对无机填料改性所得，所述改性剂为石蜡、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸。
本发明的有益效果是：
1、该保温材料不开裂、耐水抗渗、耐久性好、容重轻，保温性能好，导热系数为0.03～0.06W/(m·K)；
2、该保温材料强度大、压缩强度可以达到4.0～7.0MPa，运输方便、破损率低、安装及长期使用过程中不易损坏；
3、该保温材料的粘结性能良好，与基体的粘结强度达到1.5MPa以上；
4、该保温材料可直接用于大体积水工混凝土，不需要额外的防护材料或防护结构，节约成本；
5、该保温材料性能可调，根据不同的应用环境，可以调整保温性能和机械性能(压缩强度)，使材料具有广泛的适用性。
具体实施方式
本发明提供了一种水工混凝土高强保温材料，该保温材料由下述组分制备得到；按重量份计，所述组分为胶凝材料40～70份，改性无机填料30～55份，纤维0～5份；
所述胶凝材料由胶凝材料A组分和胶凝材料B组分构成：所述胶凝材料A组分为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯中的至少一种；所述胶凝材料B组分为聚丙二醇、催化剂和发泡组分的混合物；
所述改性无机填料为改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性陶砂、改性硅藻土和改性膨胀珍珠岩中的至少一种；
以重量比计，胶凝材料A组分/胶凝材料B组分＝0.9～1.36，胶凝材料B组分中聚醚多元醇︰催化剂︰发泡组分＝30︰1︰1～5。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，所述纤维为晶须、玻璃纤维、海泡石纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维中的至少一种。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，所述晶须为本领域常用无机晶须。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，加入纤维能增强保温材料抵抗外力的性能，且较大的长径比，才能使材料受力部位的应力均匀和尽可能大的分散于其他部位，减轻局部被破坏的风险。但是加入纤维可能增加分散难度。根据工程对材料的具体要求，决定是否添加。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，B组分中，所述发泡组份为蒸馏水或环戊烷，所述催化剂为异辛酸钾或醋酸钾。
其中，上述胶凝材料B组分中，加入发泡组分使胶凝材料B组分成为发泡高分子胶凝材料，可增加胶凝材料的保温性能。
其中，上述水工混凝土高强保温材料中，所述改性无机填料是由改性剂对无机填料改性所得，所述改性剂为石蜡、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸。
当改性剂为石蜡时，可采用本领域常规方法制备得到改性无机填料。
当改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硬脂酸中的至少一种时，可采用本领域常规方法制备得到改性无机填料，其中，硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂选用本领域常用试剂。
上述水工混凝土高强保温材料可采用本领域常规方法制备得到，将各组分按比例混合，搅拌均匀后，注入模具、养护，脱模切割后得到产品。
本发明水工混凝土高强保温材料中，胶凝材料主要起到保温作用以及对改性无机填料的粘结作用；纤维的作用机理为在保温材料受到外力，高分子胶凝材料开始发生变形时，包括于其中的纤维材料依靠乱向分布、以及较大的长径比，将受力部位的应力均匀和尽可能大的分散于其他部位，减轻局部被破坏的风险。发明人经多次试验发现，发泡高分子材料虽然具有良好的保温性能，但是在受到机械力作用时，高分子链很容易产生滑动甚至撕裂，造成保温材料的变形、开裂或整体破坏；而空心的改性无机填料，具有一定的刚性和保温能力，其抗机械力性能比高分子好，因此，发明人将改性无机填料与发泡高分子胶凝材料组合在一起，有助于提高保温材料的整体强度，这是因为所受外力可以传递给无机填料，由填料自身或之间的机械咬合作用支撑。无机填料改性的目的是增加原料间无机/有机界面的相容性，增加无机填料掺量或改善和易性。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：19份；
A组分为异佛尔酮二异氰酸酯。
胶凝材料B组分：21份；
B组分中发泡组分为蒸馏水，催化剂为异辛酸钾，且聚丙二醇︰蒸馏水︰异辛酸钾＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：40份；
改性空心玻璃微珠：15份。
实施例2
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：26份；
A组分为二环己基甲烷二异氰酸酯。
胶凝材料B组分：24份；
B组分中发泡组分为蒸馏水，催化剂为醋酸钾，且聚丙二醇︰蒸馏水︰醋酸钾＝30︰4︰1。
改性粉煤灰漂珠：25份；
改性空心玻璃微珠：30份；
晶须：5份。
实施例3
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：33份；
A组分为二环己基甲烷二异氰酸酯。
胶凝材料B组分：27份；
B组分中发泡组分为环戊烷，催化剂为异辛酸钾，且聚丙二醇︰环戊烷︰异辛酸钾＝30︰2︰1。
改性粉煤灰漂珠：20份；
改性空心玻璃微珠：35份；
晶须：5份。
实施例4
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：40份；
A组分为二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯。
胶凝材料B组分：30份；
B组分中发泡组分为蒸馏水，催化剂为异辛酸钾，且聚丙二醇︰蒸馏水︰异辛酸钾＝30︰3︰1。
改性粉煤灰漂珠：30份；
改性空心玻璃微珠：5份；
改性陶砂：20份；
晶须：3份。
实施例5
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：20份；
A组分为二环己基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯，且二环己基甲烷二异氰酸酯︰异佛尔酮二异氰酸酯＝1︰3。
胶凝材料B组分：20份；
B组分中发泡组分为蒸馏水，催化剂为异辛酸钾，且聚丙二醇︰水︰异辛酸钾＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：30份；
改性空心玻璃微珠：5份；
玻璃纤维：1份。
实施例6
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：25份；
A组分为二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯，且二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯︰异佛尔酮二异氰酸酯＝1︰1。
胶凝材料B组分：25份；
B组分中发泡组分为蒸馏水，催化剂为异辛酸钾，且聚丙二醇︰蒸馏水︰异辛酸钾＝30︰5︰1。
改性粉煤灰漂珠：30份；
改性空心玻璃微珠：10份；
玄武岩纤维：2份。
实施例7
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：32份；
A组分为二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物，且二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯︰二环己基甲烷二异氰酸酯︰异佛尔酮二异氰酸酯＝1︰1︰2。
胶凝材料B组分：28份；
B组分中发泡组分为蒸馏水，催化剂为异辛酸钾，且聚丙二醇︰环戊烷︰异辛酸钾＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：20份；
改性空心玻璃微珠：15份；
改性硅藻土：5份；
晶须：4份；
海泡石纤维：1份。
实施例8
水工混凝土高强保温材料由下述原料及重量配比制备得到：
胶凝材料A组分：35份；
A组分为二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物，且二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯︰二环己基甲烷二异氰酸酯︰异佛尔酮二异氰酸酯＝1︰1︰2。
胶凝材料B组分：35份；
B组分中发泡组分为环戊烷，催化剂为异辛酸钾，且聚丙二醇︰环戊烷︰异辛酸钾＝30︰1︰1。
改性粉煤灰漂珠：25份；
改性空心玻璃微珠：5份；
改性硅藻土：10份；
改性膨胀珍珠岩：1份；
晶须：3份；
玻璃纤维：2份。
对比例1
以市面所售泡沫塑料为对比样。
对比例2
专利CN102010174A公开的保温砂浆。
本实验依GB/T 8813-2008、GB/T 10294-2008和GB/T6343-2009，分别测定了实施例1-8保温材料及对比例1和2的密度、导热系数、压缩强度。测试结果见表1。
表1保温材料测试结果

Claims (7)

1.水工混凝土高强保温材料，其特征在于，该保温材料由下述组分制备得到；按重量份计，所述组分为胶凝材料40～70份，改性无机填料30～55份，纤维0～5份；
所述胶凝材料由胶凝材料A组分和胶凝材料B组分构成：所述胶凝材料A组分为二异氰酸酯；所述胶凝材料B组分为聚丙二醇、催化剂和发泡组分的混合物；以重量比计，胶凝材料A组分/胶凝材料B组分＝0.9～1.36，胶凝材料B组分中聚丙二醇︰催化剂︰发泡组分＝30︰1︰1～5。
2.根据权利要求1所述的水工混凝土高强保温材料，其特征在于，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯和二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的水工混凝土高强保温材料，其特征在于，所述改性无机填料为改性粉煤灰漂珠、改性空心玻璃微珠、改性陶砂、改性硅藻土和改性膨胀珍珠岩中的至少一种。
4.根据权利要求1～3任一项所述的水工混凝土高强保温材料，其特征在于，所述纤维为晶须、玻璃纤维、海泡石纤维、玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、木质素纤维和聚丙烯纤维中的至少一种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的水工混凝土高强保温材料，其特征在于，B组分中，所述发泡组份为蒸馏水或环戊烷。
6.根据权利要求1～5任一项所述的水工混凝土高强保温材料，其特征在于，B组分中，所述催化剂为异辛酸钾或醋酸钾。
7.根据权利要求1～6任一项所述的水工混凝土高强保温材料，其特征在于，所述改性无机填料是由改性剂对无机填料改性所得，所述改性剂为石蜡、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸。
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